[发明专利]一种FlexRay-CAN通信网关及实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种网络通信协议转换技术，特别涉及一种FlexRay-CAN通信网关及实现方法。 

背景技术

在电力、石油、化工、冶金、钢铁、交通等各种行业，数据通信网络必不可少。现场各类信号通过数据采集系统连续采集和处理后，需要通过某种方式传送至上位监控系统。CAN总线是目前应用较为广泛的现场总线通信技术之一，FlexRay高速总线作为新兴的通信技术，提供更快的通信速率、更大的带宽和更高的传输可靠性。 

FlexRay是继CAN、LIN等车用总线之后，由BMW、Daimler、Motorola等公司开发的一种灵活且功能强大的网络通讯协议。该协议不仅能简化通信系统架构，还可使电子单元变得更加稳定和可靠，符合未来先进高速控制应用的需要。同时，FlexRay还支持分布式控制系统，并可对CAN、LIN等网络标准进行补充。因此，研究FlexRay并对其拓扑结构进行优化，对发展网络系统大有裨益。 

FlexRay总线系统作为新一代总线技术，它的通讯机制特点表现在以下几个方面： 

(1)带宽方面：FlexRay带宽不受协议机制的限制，可进行最快10Mbps速率的通信，当采用双通道冗余系统时，可达20Mbps的速率，远大于CAN总线的通信速率。

(2)可量测性：FlexRay可采用单、双通道两种模式，并可实现混合配置。 

(3)灵活性：FlexRay可采用多种网络拓扑模式，包括从点对点到无源总线拓扑和有源星形拓扑。而物理层设备可选用电缆或光缆，同时其通讯数据包括静态段和动态段两种，FlexRay的帧ID是和时隙数对应的，也表示了发送方地址。以上都是FlexRay灵活的通讯机制的表现。 

(4)确定性：FlexRay静态段严格采用基于时间触发的总线访问方式，而动态段可采用有限确定性的灵活时间触发的总线访问方式。 

(5)安全性：FlexRay含有总线监控，它提供分布的时钟同步，同步过程包括对相位偏差和频率偏差纠正，还包括帧头和帧尾的CRC校验过程。 

可见，FlexRay总线系统的容错能力和分时复用能力能够满足电子组件对更高的数据率、确定性的行为和高可靠性的要求，可以为主要的安全应用提供可靠而及时的信息。此外，FlexRay能够把所有系统连接在一起，作为一个整体而不是分散的多个系统工作。因此，FlexRay总线系统具有独特的性能优势，并在很大可能上将逐渐取代CAN而成为未来汽车及工业测控领域的主流技术。 

FlexRay网络结构一般有4种形式，即总线式、星形网，星形总线混合式以及多个星形串接式，总线根据实际需要可以有多个节点。由于结构多样、复杂，因此，对各种网络拓扑结构进行比较，并根据其优缺点进行优化，可以很大程度地提高系统的速度和稳定性，而且能够降低使用成本。 

发明内容

本发明针对FlexRay总线通信协议与CAN接口通信协议不能相互兼容的问题，提出了一种FlexRay-CAN通信网关及实现方法。该网关能够通过FlexRay总线协议或CAN总线协议双向收发数据，实现了两种通信协议的转换功能。此外，网关还实现了A/D数据采集功能，可直接采集现场0-5V的模拟量数据，并可通过RS232接口与上位监控计算机相连，向上传送现场数据。可广泛用于汽车、电力、化工等工业控制领域。 

本发明的技术方案为：一种FlexRay-CAN通信网关，包括FlexRay通信接口电路、CAN通信接口电路、A/D接口电路，还包括微控制器、RS232接口电路、BDM电路、电源电路、复位电路、LED显示电路以及键盘电路，FlexRay通信接口协议数据和CAN通信接口协议数据均进入微控制器，A/D接口电路将现场数据转换后输入微控制器，微控制器处理信号后输出通过FlexRay通信接口电路和CAN通信接口电路转发，同时也可以通过RS232接口电路将数据传送至上位监控计算机，由上位机做统一处理，电源电路给微控制器提供专门的电源，保证微控制器工作稳定，复位电路和键盘电路为操作输入给微控制器指令工作，LED显示电路为操作输出指示，BDM电路协助微控制器工作。 

所述微控制器采用512kB片内FLASH，32kB片内RAM的16位高性能微控制器芯片MC9S12XF512。 

所述微控制器可通过RS232接口与上位计算机进行通信。 

一种FlexRay-CAN通信网关实现方法，包括以下步骤： 

1)通信网关主函数是程序首先执行的一个函数，实现硬件和软件的初始化；